NASICON (Na superionic conductor)-type cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) have attracted extensive attention due to their mechanically robust three-dimensional (3D) framework, which has sufficient open channels for fast Na+ transportation. However, they usually suffer from inferior electronic conductivity and low capacity, which severely limit their practical applications. To solve these issues, we need to deeply understand the structural evolution, redox mechanisms, and electrode/electrolyte interface reactions during cycling. Recently, rapid developments in synchrotron X-ray techniques, neutron-based resources, magnetic resonance, as well as optical and electron microscopy have brought numerous opportunities to gain deep insights into the Na-storage behaviors of NASICON cathodes. In this review, we summarize the detection principles of advanced characterization techniques used with typical NASICON-structured cathode materials for SIBs. The special focus is on both operando and ex situ techniques, which help to investigate the relationships among phase, composition, and valence variations within electrochemical responses. Fresh electrochemical measurements and theoretical computations are also included to reveal the kinetics and energy-storage mechanisms of electrodes upon charge/discharge. Finally, we describe potential new developments in NASICON-cathodes with optimized SIB systems, foreseeing a bright future for them, achievable through the rational application of advanced diagnostic methods.

The explorations of efficient electrocatalysts to accelerate oxygen reactions in a wide temperature range is a crucial issue to the development of zinc-air batteries (ZAB) for all-climate applications. Herein, the Co-CoSe heterogeneous furry fibers (Co-CoSe@NHF) are developed as a bifunctional oxygen electrocatalyst for ZAB towards wide-temperature range applications. The Co-CoSe heterostructure with large work function difference (ΔW

Humidity sensors with ultrafast response and recovery speed are very popular for humidity monitoring in dynamic environments such as complex operating conditions and human body monitoring. In this work, we prepared titanium dioxide quantum dots by hydrothermal synthesis and silica microspheres by Stober method. In addition, the electrostatic self-assembly method was used to prepare the two films with ultrafast response for moisture sensitivity. Due to the superhydrophilic properties of TiO2 QDs, water molecules can be adsorbed and resolved quickly on their surface. While the addition of SiO2 microspheres further increases the specific surface area of moisture-sensitive films and improves the moisture-sensitive properties of TiO2 QDs. The TiO2 QDs/SiO2 resistive humidity sensors not only exhibit excellent stability and repeatability, but also have fast water adsorption/desorption capacity. Between 11 % and 97 % relative humidity, the resistance change of the sensor reaches 6 orders of magnitude. In order to simulate the actual application environment, an experimental platform was built to verify the ultrafast response of the humidity sensor, and the response/recovery time of the sensor was as short as 22.4 ms/40.8 ms, which can quickly detect the change of humidity. The TiO2 QDs/SiO2 ultrafast humidity sensors proposed in this paper have great application potential in rapidly changing humidity environments such as complex working conditions, human body detection, humidity alarm and voice recognition.

Zn based electrochemical energy storage systems (EES) have attracted tremendous interests owing to their low cost and high intrinsic safety. Nevertheless, the uncontrolled growth of Zn dendrites and the side reactions of Zn metal anodes (ZMAs) severely restrict their applications. To address these issues, we design the asymmetric Zn-N4 atomic sites embedded hollow fibers (AS-IHF) as the flexible host for stable ZMAs. Through introducing different nitrogen resources in the synthesis, two kinds of coordination, i. e. Zn-N (pyridinic) and Zn-N (pyrrolic), are introduced in the Zn-N4 atomic module synchronously. The asymmetric Zn-N4 module with regulated micro-environment facilitates the superior zincophilic features and promotes the Zn adsorption. Meanwhile, the highly porous structure of the hollow fiber effectively reduces local current density, homogenize Zn ion flux, and alleviate structure stress. All the advantages endow the high efficiency and good stability for Zn plating/stripping. Both theoretical and experimental results demonstrate the high reversibility, low nucleation overpotential, and dendrite-free behavior of the AS-IHF@Zn anode, which afford the high stability in high-rate and long-term cycling. Moreover, the solid-state Zn-ion hybrid capacitor (ZIHC) based on AS-IHF@Zn anode shows the high flexibility, reliability, and superior long-term cycling capability in a wide-range of temperatures (−20–25 °C). Therefore, the present work not only gives a new strategy for modulating local environments of single atomic sites, but also propels the development of flexible power sources for diverse electronics.